ChapXI

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CHAPITRE XI : Le magnétisme
Les scientifiques n'ont découvert qu'au XIXème le lien qui existe entre le magnétisme et
l'électricité. Pourtant le magnétisme était connu depuis fort longtemps. Son observation remonte
aux anciennes civilisations d'Asie mineure : certaines roches, provenant de Magnésie, en Asie
mineure, avaient la propriété de s'attirer, d'où l'origine du nom donné à ce phénomène, le
magnétisme. Dès le XIème siècle, les marins chinois utilisaient des aimants naturels comme
boussoles pour s'orienter. Lorsqu'on déplace une aiguille aimantée autour d'une pierre magnétisée
sphérique, cette aiguille dessine des lignes de forces qui convergent en deux points
diamétralement opposés de la pierre, comme les lignes de longitude de la terre (voir figure XI.1).
Cette observation, faite en 1269 par Pierre de Maricourt, l'a conduit à appeler ces deux régions
d'un aimant des pôles magnétiques.
Figure XI.1.
Lorsqu'une aiguille aimantée est suspendue, libre de s'orienter, l'une de ses extrémités pointe
approximativement vers le pôle nord géographique de la terre, c'est pourquoi cette extrémité, est
appelée pôle nord de l'aiguille, l'autre extrémité étant appelée pôle sud. Cette observation fit
suggérer à William Gilbert, en 1600, que la terre est elle-même un gigantesque aimant. Le pôle
nord d'un aimant attire le pôle sud d'un autre aimant. C'est donc un pôle magnétique sud qui se
trouve situé près du pôle nord géographique de la terre (voir figure XI.2).

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Figure XI.2.
XI.1 : Le champ magnétique
Deux aimants rapprochés exercent une force l'un sur l'autre, sans même avoir à se toucher.
Cette force est répulsive entre pôles de même nom, attractive entre un pôle nord et un pôle sud
(voir figure XI.3).
Figure XI.3.
Bien qu'il semble y avoir une certaine analogie avec la force électrique discutée au chapitre IV, il
s'agit de quelque chose de différent : un aimant n'exerce aucune attraction sur un morceau
d'isolant électrisé. Seuls le fer et dans une moindre mesure, le cobalt, le nickel et le gadolinium
peuvent montrer des propriétés magnétiques significatives. On qualifie ces matériaux de
ferromagnétiques.
Au voisinage d'un barreau aimanté, la limaille de fer forme une configuration
caractéristique (voir figure XI.4) qui montre l'influence de l'aimant sur le milieu environnant.

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C'est à partir de l'observation de ces configurations que Michael Faraday a eu l'idée d'appliquer la
notion de champ au magnétisme, comme il l'avait fait pour l'électricité : les aimants produisent
dans l'espace environnant un champ magnétique
B
. Il est alors possible de décrire la force qu'un
aimant exerce sur un autre par l'interaction qui existe entre lui et le champ magnétique de l'autre
aimant. Toutefois, le champ magnétique est un peu plus difficile à définir. Dans cette section
nous nous contenterons de définir sa direction : c'est celle que prendrait le pôle nord d'une
aiguille aimantée. Nous définirons son intensité à la section XI.3.
Figure XI.4.
XI.2 : La production d'un champ magnétique par un courant
Au cours du XVIIIème siècle, un grand nombre de physiciens ont cherché à établir un lien
entre électricité et magnétisme, mais ce n'est qu'en 1820 que Hans Christian Oersted s'est aperçu
qu'une aiguille aimantée placée à proximité d'un fil électrique parcouru par un courant est déviée.
A proximité d'un segment de fil rectiligne, l'aiguille se place de façon à être tangente à une
circonférence tracée autour de lui, dans un plan perpendiculaire (voir figure XI.5.a).
Figure XI.5.

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Ceci veut dire que le courant qui circule dans le fil, produit un champ magnétique dans l'espace
qui l'entoure, tout comme un aimant, et que ce champ magnétique a la direction de l'aiguille
aimantée. Pour se souvenir du sens de
B
, on applique la règle de la main droite : on prend le fil
dans sa main droite, pouce pointé dans le sens du courant conventionnel, les doigts entourent
alors le fil, dans le sens du champ magnétique (voir figure XI.5.b).
XI.3 : La force magnétique s'exerçant sur un courant
Nous venons de voir qu'un courant électrique peut faire dévier un aimant. Il exerce donc
une force sur celui-ci. En vertu du principe de l'action et de la réaction, on s'attend à ce qu'un
aimant exerce en retour une force égale et opposée sur le fil porteur de courant. C'est exactement
ce qu'on peut observer. Supposons qu'un fil rectiligne passe entre les pôles d'un aimant, comme le
montre la figure XI.6. Lorsqu'il est parcouru par un courant, il subit une force qui agit à angle
droit par rapport à la direction du champ magnétique et par rapport à celle du courant. Si on
inverse le sens du courant ou si on inverse les pôles de l'aimant, la force change de sens.
Figure XI.6.
Pour se rappeler le sens de cette force magnétique, on utilise la règle de la main droite
illustrée sur la figure XI.7.

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Figure XI.7.
On oriente d'abord son avant-bras le long du fil conducteur, les doigts dépliés pointant dans le
sens conventionnel du courant. Ensuite on fait tourner le bras sur lui-même jusqu'à ce que les
doigts, repliés cette fois, pointent dans la direction du champ magnétique. Le pouce tendu indique
alors le sens de la force.
Des expériences ont montré que l'intensité de la force ci-dessus est proportionnelle à
l'intensité du courant qui parcourt le fil, à la longueur L de celui-ci, située dans le champ
magnétique supposé uniforme. Si le fil fait un angle  avec le champ magnétique (voir
figure XI.8), l'intensité de la force est proportionnelle au sinus de cet angle :
F  I L sin .
Il va de soi que la force doit également dépendre du champ magnétique B et croître avec celui-ci :
F = f (B) I L sin .
En fait on se sert de la relation ci-dessus pour définir l'intensité du champ magnétique que nous
n'avions pas encore définie, en posant f (B)  B. Dès lors :
F
BI L sinθ
(XI.1)
L'unité SI de champ magnétique est le tesla (T). D'après la relation (XI.1), on voit que
I T 1 (N.s)/(C.m).